ansys非線性接觸分析

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1、第五章??接觸分析5.1概述接觸問題是一種高度非線性行為，需要較多的計算機資源。為了進行切實有效的計算，理解問題的物理特性和建立合理的模型是很重要的。接觸問題存在兩個較大的難點：其一，在用戶求解問題之前，用戶通常不知道接觸區(qū)域。隨載荷、材料、邊界條件和其它因素的不同，表面之間可以接觸或者分開，這往往在很大程度上是難以預料的，并且還可能是突然變化的。其二，大多數的接觸問題需要考慮摩擦作用，有幾種摩擦定律和模型可供挑選，它們都是非線性的。摩擦效應可能是無序的，所以摩擦使問題的收斂性成為一個難點。注意--如果在模型中，不考慮摩擦，且物體之間的總是保持

2、接觸，則可以應用約束方程或自由度藕合來代替接觸。約束方程僅在小應變分析(NLGEOM，off)中可用。見《ANSYSModelingandMeshingGuide》中的§12，CouplingandConstraintEquations。除了上面兩個難點外，許多接觸問題還必須涉及到多物理場影響，如接觸區(qū)域的熱傳導、電流等。5.1.1顯式動態(tài)接觸分析能力除了本章討論的隱式接觸分析外，ANSYS還在ANSYS/LS-DYNA中提供了顯式接觸分析功能。顯式接觸分析對于短時間接觸-碰撞問題比較理想。關于ANSYS/LS-DYNA的更多的信息參見《ANS

3、YS/LS-DYNAUser"sGuide》。5.2一般接觸分類接觸問題分為兩種基本類型：剛體─柔體的接觸，柔體─柔體的接觸。在剛體─柔體的接觸問題中，接觸面的一個或多個被當作剛體，(與它接觸的變形體相比，有大得多的剛度)。一般情況下，一種軟材料和一種硬材料接觸時，可以假定為剛體─柔體的接觸，許多金屬成形問題歸為此類接觸。柔體─柔體的接觸是一種更普遍的類型，在這種情況下，兩個接觸體都是變形體(有相似的剛度)。柔體─柔體接觸的一個例子是栓接法蘭。5.3ANSYS接觸分析功能ANSYS支持三種接觸方式：點─點，點─面，面─面接觸。每種接觸方式使用不

4、同的接觸單元集，并適用于某一特定類型的問題。為了給接觸問題建模，首先必須認識到模型中的哪些部分可能會相互接觸。如果相互作用的其中之一是一點，模型的對應組元是一個節(jié)點。如果相互作用的其中之一是一個面，模型的對應組元是單元，如梁單元、殼單元或實體單元。有限元模型通過指定的接觸單元來識別可能的接觸對，接觸單元是覆蓋在分析模型接觸面之上的一層單元，至于ANSYS使用的接觸單元和使用它們的過程，后面會分類詳述，然后論述ANSYS接觸單元和他們的功能。參見《ANSYSElementsReference》和《ANSYSTheoryReference》。表5-

5、1ANSYS接觸分析功能點-點點-面面-面CONTAC12CONTAC52CONTA178CONTAC26CONTAC48CONTAC49CONTAC171,172TARGET169CONTAC173,174TARGET170點-點YYY點-面YYY面-面YYYY2-DYYYYYY3-DYYYY滑動小小小大大大大大曲面YY圓柱間隙YY純Lagrange乘子Y增加Lagrange乘子YYYYY接觸剛度用戶定義半自動用戶定義用戶定義用戶定義半自動半自動自動網格工具EINTFEINTFNoneGCGENGCGENESURFESURF低階YYYYYYY

6、Y高階YYY剛體-柔體YYYYYYYY柔體-柔體YYYYYYY熱接觸YYYY5.3.1面─面的接觸單元ANSYS支持剛體─柔體和柔體─柔體的面─面的接觸單元。這些單元應用“目標”面和“接觸”面來形成接觸對。??分別用TARGE169或TARGE170來模擬2D和3D目標面。??用CONTA171、CONTA172、CONTA173、CONTA174來模擬接觸面。為了建立一個“接觸對”，給目標單元和接觸單元指定相同的實常數號。參見§5.4。這些面-面接觸單元非常適合于過盈裝配安裝接觸或嵌入接觸，鍛造，深拉問題。與點─面接觸單元相比，面─面接觸單元

7、有許多優(yōu)點:??支持面上的低階和高階單元(即角節(jié)點或有中節(jié)點的單元)；??支持有大滑動和摩擦的大變形。計算一致剛度陣，可用不對稱剛度陣選項；??提供為工程目的需要的更好的接觸結果，如法向壓力和摩擦應力；??沒有剛體表面形狀的限制，剛體表面的光滑性不是必須的，允許有自然的或網格離散引起的表面不連續(xù)；??與點─面接觸單元比，需要較少的接觸單元，因而只需較小的磁盤空間和CPU時間，并具有高效的可視化；??允許多種建?？刂疲纾??綁定接觸，不分離接觸，粗糙接觸；??漸變初始穿透；??目標面自動移動到初始接觸；??平移接觸面(考慮梁和單元的厚度)，用

8、戶定義的接觸偏移；??死活能力；??支持熱-力耦合分析。使用這些單元來做為剛性目標面，能模擬2D和3D中的直線(面)和曲線(面)，通常用簡單的幾何形狀